DE10103667A1 - Actuator for a steer-by-wire steering system - Google Patents
Actuator for a steer-by-wire steering systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Steer-by- Wire-Lenkanlage eines Fahrzeugs, mit einer Abtriebswelle, mit einem elektrischen Antrieb, und mit einem Untersetzungsgetriebe zwischen elektrischem Antrieb und Abtriebswelle sowie eine Steer-by-Wire-Lenkanlage gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 9.The invention relates to an actuator for a steer-by Wire steering system of a vehicle, with an output shaft, with an electric drive, and with one Reduction gear between electric drive and Output shaft and a steer-by-wire steering system according to the Preamble of independent claim 9.
Bei einer Steer-by-Wire-Lenkanlage ist im Normalbetrieb nur eine elektrische Signalverbindung zwischen einer Lenkhandhabe, wie z. B. einem Lenkrad, und den gelenkten Rädern des. Fahrzeugs wirksam. Bei einer Funktionsstörung der Steer-by-Wire-Lenkanlage muss auf eine mechanische oder hydraulische Ersatzlenkung zurückgegriffen werden. Diese Ersatzlenkung wird im Folgenden als Rückfallebene bezeichnet.With a steer-by-wire steering system is only in normal operation an electrical signal connection between a Steering handle, such as B. a steering wheel, and the steered Wheels of the vehicle effective. In the event of a malfunction The steer-by-wire steering system must be based on a mechanical or hydraulic replacement steering can be used. This Substitute steering is referred to below as the fallback level designated.
Bei einer Steer-by-Wire-Lenkanlage wird der Fahrerlenkwunsch in Form eines Lenkraddrehwinkels von einen oder mehreren Drehwinkelsensoren, die an der Lenksäule des Fahrzeugs angeordnet sind, erfasst. Ein Lenkaktuator, welcher zur Verstellung der gelenkten Räder dient, wird in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches angesteuert. Dieser Lenkaktuator kann als elektrisch angetriebenes Lenkgetriebe ausgeführt sein. In a steer-by-wire steering system, the Driver steering request in the form of a steering wheel turning angle of one or more angle sensors, which are on the steering column of the Vehicle are arranged, detected. A steering actuator, which is used to adjust the steered wheels is shown in Dependence on the driver's steering request. This Steering actuator can be used as an electrically driven steering gear be executed.
Um dem Fahrer eine Rückmeldung von den zwischen der Fahrbahn und den gelenkten Rädern wirkenden Kräften oder Momenten zu vermitteln, ist an der Lenksäule ein Lenkhandhabenaktuator vorgesehen, der in Abhängigkeit der genannten Kräfte oder Momente ein Moment in die Lenksäule einleitet. Dieses, nachfolgend als Lenkgefühl bezeichnete Moment ist von großem Einfluss auf die Wahrnehmung des Fahrzeugs durch den Fahrer und den Fahrerlenkwunsch.To provide the driver with feedback from between the Forces and the steered wheels acting forces or Conveying moments is on the steering column Steering handle actuator provided depending on the forces or moments mentioned a moment in the steering column initiates. This, hereinafter referred to as steering feeling Moment is of great influence on the perception of the Vehicle by the driver and the driver's steering request.
Darüber hinaus sind Lenkhandhabenaktuatoren mit elektrischem Antrieb bekannt, welche für das Lenkgefühl am Lenkrad sorgen.In addition, steering handle actuators are included electric drive known for the steering feel on Take care of the steering wheel.
Diese Lenkhandhabenaktuatoren weisen, ebenso wie die Lenkaktuatoren, wegen des zweitweise erforderlichen hohen Drehmoments ein Untersetzungsgetriebe auf. Das Spiel des Untersetzungsgetriebes verschlechtert die Stabilität der Regelung des Lenkaktuators und verschlechtert somit auch die Fahrstabilität des Fahrzeugs. Außerdem wird es vom Fahrer als störend empfunden, wenn es im Lenkhandhabenaktuator auftritt. Außerdem ändert sich das Lenkgefühl durch den Verschleiß des Untersetzungsgetriebes im Laufe der Zeit.These steering handle actuators have just like that Steering actuators, because of the high two-way requirement Torque on a reduction gear. The game of Reduction gear deteriorates the stability of the Control of the steering actuator and thus also deteriorates the driving stability of the vehicle. It will also be from Driver found annoying when it is in the Steering handle actuator occurs. It also changes Steering feeling due to the wear of the reduction gear over time.
Im Zusammenhang mit der Erfindung wird im Folgenden häufig nur von Aktuator gesprochen. Gemeint sind damit sowohl Lenkhandhabenaktuatoren als auch Lenkaktuatoren.In connection with the invention, the following is common only spoken of actuator. This means both Steering handle actuators as well as steering actuators.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Aktuator für eine Steer-by-Wire-Lenkanlage eines Fahrzeugs bereitzustellen, welcher auch mit zunehmendem Verschleiß spielfrei und ohne vom Fahrer wahrnehmbare Änderungen des Lenkgefühls arbeitet, eine hohe Funktionssicherheit aufweist und außerdem in der Lage ist, bei Bedarf große Drehmomente in die Lenkanlage einzuleiten. The object of the invention is an actuator for a steer-by-wire steering system of a vehicle to provide which also with increasing wear backlash-free and without driver changes noticeable by the driver Steering feel works, a high level of functional reliability has and is also able to large if necessary Introduce torques into the steering system.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch einen Aktuator für eine Steer-by-Wire-Lenkanlage eines Fahrzeugs, mit einer Abtriebswelle, mit einem elektrischen Antrieb, mit einem Untersetzungsgetriebe zwischen elektrischem Antrieb und Abtriebswelle, wobei der elektrische Antrieb mindestens zwei Elektromotoren aufweist.This object is achieved according to the invention by a Actuator for a steer-by-wire steering system of a vehicle, with an output shaft, with an electric drive, with a reduction gear between electrical Drive and output shaft, the electric drive has at least two electric motors.
Im Normalbetrieb einer Steer-by-Wire-Lenkanlage, bspw. wenn das Fahrzeug annähernd gradeaus fährt, treten häufige Drehrichtungswechsel bei niedrigen Lenkmomenten auf. In diesen Fällen werden die mindestens zwei Elektromotoren des erfindungsgemäßen Aktuators so geregelt, dass mindestens ein Motor für eine Drehrichtung des Aktuators ein Funktionsmoment abgibt und der oder die anderen Elektromotoren ein kleines Moment in die andere Richtung abgeben. Dadurch wird ein eventuell vorhandenes Spiel zwischen elektrischem Antrieb und Abtriebswelle eliminiert. Am Lenkrad ist kein Getriebespiel spürbar und es treten auch keine Geräusche beim Wechsel der Drehrichtung des Lenkrads auf. Der zweite Motor, welcher das Gegenmoment erzeugt, wird ebenso wie der erste Motor vom Steuergerät der Steer-by-Wire-Lenkanlage angesteuert. Damit ist das Gegenmoment des zweiten Motors bekannt. In Folge dessen kann über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeug ein gleichbleibend gutes Lenkgefühl gewährleistet werden.In normal operation of a steer-by-wire steering system, for example if the vehicle drives almost straight, frequent steps occur Change of direction at low steering torques. In In these cases, the at least two electric motors of the Actuator according to the invention regulated so that at least a motor for a direction of rotation of the actuator Functional torque and the other Electric motors a little moment in the other direction submit. This will make an existing game between electrical drive and output shaft eliminated. There is no play on the steering wheel and pedaling also no noise when changing the direction of rotation Steering wheel on. The second motor, which has the counter moment is generated, just like the first motor, by the control unit the steer-by-wire steering system. That’s it Counter torque of the second motor is known. Consequently can over the life of the vehicle consistently good steering feel can be guaranteed.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Aktuators als Lenkaktuator ist ebenfalls gewährleistet, dass im sensiblen Bereich des Geradeausfahrens das Getriebespiel für die Positionsregelung des Lenkgetriebes bzw. eines Drehstabventils nicht auftritt. Auch Geräusche, welche durch einen Drehrichtungswechsel und das Getriebespiel entstehen, werden wirkungsvoll verhindert. When using the actuator according to the invention as Steering actuator is also guaranteed to be sensitive Area of driving straight ahead the gear play for the Position control of the steering gear or one Torsion bar valve does not occur. Even sounds, which by changing the direction of rotation and the gear play are prevented effectively.
Wenn einer der elektrischen Motoren überlastet wird, können alle Elektromotoren in die gleiche Richtung arbeiten und somit eine Überlastung verhindern. Damit vervielfacht sich das in die Steer-by-Wire-Lenkanlage einkoppelbare Moment entsprechend der Zahl der vorhandenen Elektromotoren. Da jeder dieser Elektromotoren kurzfristig überlastet werden kann, sind somit auch größere Momente zumindest kurzfristig durch den erfindungsgemäßen Aktuator realisierbar. Außerdem können das Getriebe und die Ritzel entsprechend kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden, da das vom Aktuator abgegebene Gesamtmoment von mehreren Elektromotoren über mehrere Ritzel in das Untersetzungsgetriebe eingeleitet wird. Außerdem verringert sich wegen des kleineren Getriebes der Platzbedarf des erfindungsgemäßen Aktuators, was für den Einsatz eines erfindungsgemäßen Aktuators im Fahrzeug entscheidend sein kann.If one of the electric motors is overloaded, you can all electric motors work in the same direction and thus preventing an overload. This multiplies the torque that can be coupled into the steer-by-wire steering system according to the number of electric motors available. There each of these electric motors can be overloaded for a short time bigger moments are at least in the short term realizable by the actuator according to the invention. Moreover the gear and the pinion can be smaller and smaller accordingly be designed more cost-effectively because of the actuator total torque delivered by several electric motors several pinions introduced into the reduction gear becomes. It also decreases because of the smaller one Gearbox the space requirement of the actuator according to the invention, what for the use of an actuator according to the invention in Vehicle can be crucial.
Für den Fall, dass einer der Elektromotoren des elektrischen Antriebs ausfällt, kann der mindestens eine verbleibende Elektromotor die Aufgaben des Aktuators übernehmen, ohne dass es zu Beeinträchtigungen der Fahrsicherheit kommt. In diesem Zustand ist lediglich das störende Getriebespiel vom Fahrer wahrnehmbar. Dies ist allerdings für eine kurze Zeit, bspw. für die Fahrt zur Werkstatt, tolerierbar.In the event that one of the electric motors of the electric drive fails, the at least one remaining electric motor the tasks of the actuator take over without affecting the Driving safety comes. In this state, that's just that annoying gear play perceptible by the driver. This is however, for a short time, e.g. for the trip to the Workshop, tolerable.
Weitere Ergänzungen der Erfindung sehen vor, dass das Untersetzungsgetriebe ein Zahnradgetriebe ist, dass die Elektromotoren je ein Antriebsritzel aufweisen, dass die Antriebsritzel Teil des Zahnradgetriebes sind und/oder, dass die Zähnezahl der Antriebsritzel unterschiedlich ist, so dass sich ein ruhiger Lauf des Aktuators ergibt.Further additions to the invention provide that Reduction gear is a gear transmission that the Electric motors each have a drive pinion that the Drive pinions are part of the gear transmission and / or, that the number of teeth of the drive pinion is different, so that the actuator runs smoothly.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektromotoren je einen Rotorlagegeber aufweisen, so dass die Rotorlagegeber auch zur Erfassung des Drehwinkels der Abtriebswelle geeignet sind. Wegen der unterschiedlichen Zähnezahl der Antriebsritzel kann aus den von den Rotorlagegebern an das Steuergerät der Steer-by- Wire-Lenkanlage abgegebenen Signale der Drehwinkel der Abtriebswelle eindeutig bestimmt werden. Dadurch kann auf den Einsatz von Multi-turn-Sensoren mit einem Messbereich von über 360° verzichtet werden. Diese Multi-turn-Sensoren sind sehr teuer und außerdem ist beim Ausfall eines dieser Sensoren die elektronische Steuerung der Steer-by-Wire- Lenkanlage nicht mehr funktionsfähig.In a further addition to the invention it is provided that the electric motors each have a rotor position sensor, so that the rotor position encoder also for detecting the angle of rotation the output shaft are suitable. Because of the different number of teeth of the drive pinion can from the from the rotor position sensors to the control unit of the steer-by Wire steering system emitted signals of the angle of rotation of the Output shaft can be clearly determined. This can help the use of multi-turn sensors with a measuring range of more than 360 °. These multi-turn sensors are very expensive and one of them is in the event of failure Sensors the electronic control of the steer-by-wire Steering system no longer functional.
Der erfindungsgemäße Aktuator kann eine Lenksäule oder ein Lenkgetriebe antreiben, so dass er jedoch nach Bedarf als Lenkhandhabenaktuator oder Lenkaktuator einsetzbar ist. Für den Fall, dass das Lenkgetriebe ein Zahnstangenlenkgetriebe ist, treibt die Abtriebswelle des Aktuators das Ritzel des Lenkgetriebes an, während für den Fall, dass das Lenkgetriebe ein Zahnstangen-Hydro-Lenkgetriebe ist, die Abtriebswelle des Aktuators das Drehstabventil des Zahnstangen-Hydro-Lenkgetriebes antreibt.The actuator according to the invention can be a steering column or a Drive the steering gear so that it can be used as needed Steering handle actuator or steering actuator can be used. For the case that the steering gear is a rack and pinion steering gear is, the output shaft of the actuator drives the pinion of the Steering gear while in the event that Steering gear is a rack and pinion hydraulic steering gear that Output shaft of the actuator, the torsion valve of the Rack and pinion hydraulic steering gear drives.
Die eingangs genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Steer-By-Wire-Lenkanlage für ein Fahrzeug, mit einer Lenkhandhabe, mit einem die Position der Lenkhandhabe steuernden Lenkhandhaben-Aktuator, mit einem die Position der Lenkhandhabe erfassenden Drehwinkelsensor, mit einem die Stellung der gelenkten Räder mindestens mittelbar steuernden Lenkaktuator, mit einem die Position des Lenkaktuators erfassenden ersten Istwert-Sensor und mit einem elektronischen Steuergerät, wobei der Lenkhandhabenaktuator ein Lenkhandhabenaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist, und/oder dass der Lenkaktuator ein Lenkaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie 6 bis 8 ist. Bei dieser Steer-by-Wire- Lenkanlage kommen die o. g. Vorteile des erfindungsgemäßen Aktuators voll zum Tragen. The task mentioned at the outset is also achieved according to the invention solved by a steer-by-wire steering system for one Vehicle, with a steering handle, with a position the steering handle controlling steering handle actuator, with one that detects the position of the steering handle Angle of rotation sensor, with a the position of the steered Wheels at least indirectly steering steering actuator, with a first detecting the position of the steering actuator Actual value sensor and with an electronic control unit, wherein the steering handle actuator is a steering handle actuator according to one of claims 1 to 5, and / or that the Steering actuator is a steering actuator according to one of claims 1 to 4 and 6 to 8. With this steer-by-wire Steering system come the above Advantages of the invention Full actuator to carry.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung und deren Beschreibung entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the Invention are the following drawing and their Description removable.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steer-by-Wire-Lenkanlage, Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a steer-by-wire steering system according to the invention,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines als Ventilaktuator ausgebildeten erfindungsgemäßen Aktuators und Fig. 2 shows an embodiment of an actuator designed as a valve actuator and
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines als Lenkaktuator ausgebildeten erfindungsgemäßen Aktuators. Fig. 3 shows an embodiment of an actuator designed as a steering actuator according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steer-by-Wire- Lenkanlage mit einem Hydro-Servolenkgetriebe. Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a steer-by-wire steering system according to the invention with a hydraulic power steering gear.
Ein Lenkrad 1 dient als Lenkhandhabe und ist an einer Lenksäule 3 befestigt, die im Chassis eines nicht dargestellten Fahrzeugs gelagert ist. Statt des Lenkrads 1 kann auch eine andere Lenkhandhabe, wie z. B. ein sog. Sidestick, vorgesehen sein, deren Bewegung in eine Drehbewegung der Lenksäule 3 umgesetzt wird. An der Lenksäule 3 ist ein Lenkradaktuator 5 angeordnet.A steering wheel 1 serves as a steering handle and is attached to a steering column 3 , which is mounted in the chassis of a vehicle, not shown. Instead of the steering wheel 1 , another steering handle, such as. B. a so-called. Sidestick can be provided, the movement of which is converted into a rotary movement of the steering column 3 . A steering wheel actuator 5 is arranged on the steering column 3 .
Die in Fig. 1 nicht dargestellten gelenkten Räder werden über eine Spurstange 9 verstellt. Betätigt wird die Spurstange 9 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über ein Hydro-Servolenkgetriebe 11. Die Erfindung ist jedoch auch zum Einsatz bei anderen Lenkgetrieben geeignet.The steered wheels, not shown in Fig. 1, are adjusted via a tie rod 9 . The tie rod 9 is actuated in the exemplary embodiment according to FIG. 1 via a hydraulic power steering gear 11 . However, the invention is also suitable for use with other steering gears.
Das Hydro-Servolenkgetriebe 11 ist an sich bekannt und wird deshalb nicht in allen Details erläutert. Es weist eine in Fig. 1 nicht dargestellte Zahnstange auf, die auf die Spurstangen 9 wirkt, und welche von einem Ritzel 13 angetrieben wird. Oberhalb des Ritzels 13 und drehfest mit diesem verbunden ist ein Drehstabventil 15 zur Steuerung der Servounterstützung des Hydro-Servolenkgetriebes 11 angeordnet. Das Drehstabventil 15 steuert den Förderstrom einer Servopumpe 17 in einen parallel zu der Zahnstange angeordneten doppelt wirkenden Arbeitszylinder 19.The hydraulic power steering gear 11 is known per se and is therefore not explained in all details. It has a toothed rack, not shown in FIG. 1, which acts on the tie rods 9 and which is driven by a pinion 13 . A torsion bar valve 15 for controlling the servo support of the hydraulic power steering gear 11 is arranged above the pinion 13 and rotatably connected to it. The torsion bar valve 15 controls the delivery flow of a servo pump 17 into a double-acting working cylinder 19 arranged parallel to the rack.
Im Unterschied zu konventionellen Lenkanlagen wird das Hydro-Servolenkgetriebe 11 nach Fig. 1 im Steer-by-Wire- Betrieb, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, von einem Lenkaktuator 21 und nicht von der Lenksäule 3 betätigt wird. In Fig. 1 ist eine Kupplung 23 der Lenksäule 3 im geöffneten Zustand dargestellt. D. h., es besteht keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 1 über die Lenksäule 3 zum Hydro-Servolenkgetriebe 11. Damit besteht auch keine mechanische Verbindung vom Lenkrad 1 zu den gelenkten Rädern.In contrast to conventional steering systems, the hydraulic power steering gear 11 according to FIG. 1 in steer-by-wire operation, as shown in FIG. 1, is actuated by a steering actuator 21 and not by the steering column 3 . In Fig. 1, a clutch 23 of the steering column 3 is shown in the open state. That is, there is no mechanical connection between the steering wheel 1 via the steering column 3 to the hydraulic power steering gear 11 . So there is no mechanical connection from the steering wheel 1 to the steered wheels.
Der Lenkaktuator 21 wird von einem nicht dargestellten Steuergerät so angesteuert, dass er den Fahrerlenkwunsch, der sich durch Drehen des Lenkrads 1 ausdrückt, in eine Lenkbewegung der gelenkten Räder umsetzt. Dazu ist es einerseits erforderlich, dass sowohl der Drehwinkel des drehfest mit dem Lenkrad 1 verbundenen Teils der Lenksäule 3 als auch die Stellung der Spurstange 9 bzw. der Drehwinkel des Ritzels 13 eindeutig erfasst werden. Dies geschieht bei den Steer-by-Wire-Lenkanlagen nach dem Stand der Technik durch Drehwinkelsensoren.The steering actuator 21 is controlled by a control unit (not shown) in such a way that it converts the driver's steering request, which is expressed by turning the steering wheel 1 , into a steering movement of the steered wheels. For this it is necessary, on the one hand, that both the angle of rotation of the part of the steering column 3 which is non-rotatably connected to the steering wheel 1 and the position of the tie rod 9 or the angle of rotation of the pinion 13 are clearly recorded. In the case of the steer-by-wire steering systems according to the prior art, this is done by angle sensors.
Wenn die Steer-by-Wire-Lenkanlage eine Störung aufweist, wird die Kupplung 23 geschlossen und somit auf die mechanische Rückfallebene umgeschaltet.If the steer-by-wire steering system has a fault, the clutch 23 is closed and thus switched over to the mechanical fallback level.
In Fig. 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators im Schnitt dargestellt. Der erfindungsgemäße Aktuator gemäß Fig. 2 ist als Lenkaktuator 21 ausgebildet. Abweichend von der Darstellung in Fig. 1 sind in den Lenkaktuator 21 nach Fig. 2 ein Drehstabventil 15 sowie eine elektromagnetische Kupplung 23 integriert. In einem Gehäuse 25 des Lenkaktuators 21 sind ein erster Elektromotor 27 und ein zweiter Elektromotor 29 integriert. An der Motorwelle 31 und 33 des ersten Elektromotors 27 und des zweiten Elektromotors 29 ist je ein Ritzel 35 und 37 ausgebildet. Die Ritzel 35 und 37 sind in Eingriff mit einem Getrieberad 39, welches drehfest mit der Eingangsseite des Drehstabventils 15 verbunden ist. Über einen Drehstab 41 wird eine Drehbewegung des Getriebrads 49 auf das Ritzel 13 übertragen. Der Drehstab 41 übernimmt bei diesem Ausführungsbeispiel die Funktion der Abtriebswelle. Das Ritzel 13 ist mit einer Zahnstange 43 im Eingriff. Die Funktionsweise eines Drehstabventils 15 ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird deshalb im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert.A first exemplary embodiment of an actuator according to the invention is shown in section in FIG. 2. The actuator according to the invention shown in FIG. 2 is designed as a steering actuator 21 . In a departure from the illustration in FIG. 1, a torsion bar valve 15 and an electromagnetic clutch 23 are integrated in the steering actuator 21 according to FIG. 2. A first electric motor 27 and a second electric motor 29 are integrated in a housing 25 of the steering actuator 21 . On the motor shaft 31 and 33 of the first electric motor 27 and the second electric motor 29 , a pinion 35 and 37 is formed. The pinions 35 and 37 are in engagement with a gear wheel 39 which is connected in a rotationally fixed manner to the input side of the torsion bar valve 15 . A rotary movement of the gear wheel 49 is transmitted to the pinion 13 via a torsion bar 41 . The torsion bar 41 takes over the function of the output shaft in this embodiment. The pinion 13 is in engagement with a rack 43 . The operation of a torsion bar valve 15 is known from the prior art and is therefore not explained in more detail in connection with the present invention.
Dadurch, dass der erste Elektromotor 27 und der zweite Elektromotor 29 über je ein Ritzel 35 und 37 auf das Getrieberad 39 einwirken, kann durch eine geeignete Ansteuerung des ersten Elektromotors 27 und des zweiten Elektromotors 29 ein spielfreier Antrieb des Getriebrads 39 erreicht werden. Dies geschieht dadurch, dass bspw. der erste Elektromotor 27 eine erste Drehrichtung hat, um eine bestimmte Lenkbewegung auszuführen. Gleichzeitig wird der zweite Elektromotor 29 so angesteuert, dass er der Drehbewegung des ersten Elektromotors 27 ein kleines Moment entgegensetzt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Zahnflanken des Ritzels 35 und des Getriebrads 39 stets spielfrei aneinanderliegen. Dadurch werden Knackgeräusche und Totzeitglieder bei der Regelung der Stellung der gelenkten Räder vermieden. Diese gegenseitige "Verspannung" von erstem Elektromotor 27 und zweitem Elektromotor 29 ist besonders vorteilhaft bei der Übertragung geringer Lenkmomente bei häufig wechselnden Drehrichtungen. Wenn ein großes Drehmoment übertragen werden soll, können erster Elektromotor 27 und zweiter Elektromotor 29 so angesteuert werden, dass sie nicht gegeneinander, sondern miteinander arbeiten, so dass sich die von erstem und zweitem Elektromotor 27 und 29 aufgebrachten Momente addieren. Dies gilt auch für eine kurzzeitige Überlastung beider Motoren, so dass mit dem erfindungsgemäßen Lenkaktuator 21 kurzfristig sehr hohe Momente übertragen werden können.Because the first electric motor 27 and the second electric motor 29 each act on the gear wheel 39 via a pinion 35 and 37, play-free driving of the gear wheel 39 can be achieved by suitable control of the first electric motor 27 and the second electric motor 29 . This happens because, for example, the first electric motor 27 has a first direction of rotation in order to carry out a specific steering movement. At the same time, the second electric motor 29 is controlled in such a way that it opposes the rotational movement of the first electric motor 27 by a small moment. This ensures that the tooth flanks of the pinion 35 and the gear wheel 39 always lie against one another without play. This prevents cracking noises and dead time elements when regulating the position of the steered wheels. This mutual "bracing" of the first electric motor 27 and the second electric motor 29 is particularly advantageous when transmitting low steering torques with frequently changing directions of rotation. If a large torque is to be transmitted, the first electric motor 27 and the second electric motor 29 can be controlled such that they do not work against one another but with one another, so that the moments applied by the first and second electric motors 27 and 29 add up. This also applies to a brief overload of both motors, so that very high moments can be transmitted for a short time with the steering actuator 21 according to the invention.
In eingebautem Zustand des Lenkaktuators 21 ist eine Eingangswelle 45 drehfest mit einer in Fig. 2 nicht dargestellten Lenksäule 3 verbunden. Im Steer-by-Wire- Betrieb ist die Verbindung zwischen Eingangswelle 45 und Drehstab 41 durch eine elektromagnetische Kupplung 23 unterbrochen. Wenn auf den Betrieb der Rückfallebene umgeschaltet werden soll, wird die Kupplung 23 geschlossen.In the installed state of the steering actuator 21 , an input shaft 45 is connected in a rotationally fixed manner to a steering column 3 (not shown in FIG. 2 ) . In steer-by-wire operation, the connection between input shaft 45 and torsion bar 41 is interrupted by an electromagnetic clutch 23 . When switching to the operation of the fallback level, the clutch 23 is closed.
Der erste Elektromotor 27 weist einen ersten Rotorlagegeber 47 auf. Der zweite Elektromotor 29 weist einen zweiten Rotorlagegeber 49 auf. Der erste und zweite Rotorlagegeber 47 und 49 sind in der Lage, die Drehposition der Motorwellen 31 und 33 in einem Winkelbereich zwischen 0 und 360° anzugeben. Mehrere Umdrehungen der Rotorwelle 31 und 33 können vom ersten Rotorlagegeber 47 und vom zweiten Rotorlagegeber 49 nicht unterschieden werden. Wenn die Zähnezahl des Ritzels 35 und die Zähnezahl des Ritzels 37 voneinander abweichen, können Drehwinkel < 360° des Getrieberads 39 und damit auch des Drehstabs 41 bzw. des Ritzels 13 eindeutig aus den Signalen des ersten Rotorlagegebers 47 und des zweiten Rotorlagegebers 49 ermittelt werden. Aus diesem Grund kann bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Lenkaktuators 21 durch die geeignete Auswertung der Signale von erstem und zweitem Rotorlagegeber 47 und 49 auch den Einsatz eines teuren Multi-turn-Sensors im Bereich des Drehstabventils 15, des Ritzels 13 oder, falls der Aktuator als Lenkhandhabenaktuator eingesetzt wird, der Lenksäule 3 verzichtet werden. Außerdem ist bei Ausfall eines der Elektromotoren 27 oder 29 die Steer-by-Wire-Lenkanlage noch voll funktionsfähig. Zur Erzielung einer noch höheren Redundanz können auch mehr als zwei Elektromotoren in dem Lenkaktuator 21 integriert werden.The first electric motor 27 has a first rotor position sensor 47 . The second electric motor 29 has a second rotor position sensor 49 . The first and second rotor position sensors 47 and 49 are able to indicate the rotational position of the motor shafts 31 and 33 in an angular range between 0 and 360 °. Several rotations of the rotor shafts 31 and 33 cannot be distinguished from the first rotor position sensor 47 and from the second rotor position sensor 49 . If the number of teeth of the pinion 35 and the number of teeth of the pinion 37 differ from one another, the angle of rotation <360 ° of the gear wheel 39 and thus also of the torsion bar 41 or the pinion 13 can be clearly determined from the signals of the first rotor position sensor 47 and the second rotor position sensor 49 . For this reason, when using a steering actuator 21 according to the invention, by appropriately evaluating the signals from the first and second rotor position sensors 47 and 49, it is also possible to use an expensive multi-turn sensor in the area of the torsion bar valve 15 , the pinion 13 or, if the actuator is used as a steering handle actuator is used, the steering column 3 are dispensed with. In addition, if one of the electric motors 27 or 29 fails, the steer-by-wire steering system is still fully functional. In order to achieve an even higher redundancy, more than two electric motors can also be integrated in the steering actuator 21 .
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Lenkaktuators 51 im Längsschnitt dargestellt. Dieser Lenkaktuator 51 ist zur Betätigung eines Zahnstangen- Lenkgetriebes 53 vorgesehen und weist außerdem keine Kupplung auf. Eingangswelle 45, Getrieberad 39 und Ritzel 13 sind bei diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgeführt, bzw. sind drehfest miteinander verbunden. Die Eingangswelle 45 kann beim Betrieb der Rückfallebene über eine nicht dargestellte Kupplung mit der ebenfalls nicht dargestellten Lenksäule mechanisch gekoppelt werden. Das Ritzel 13 ist im Eingriff mit einer Zahnstange 43. Diese Bauweise ist sehr viel kompakter und kostengünstiger als als ein Hydro-Servolenkgetriebe. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden die erfindungsgemäßen Vorteile, wie sie an Hand der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und Fig. 2 erläutert wurden, in vollem Umfang erreicht. Es wird deshalb auf das oben Gesagte verwiesen.In Fig. 3 shows a second embodiment of a steering actuator 51 is shown in longitudinal section. This steering actuator 51 is provided for actuating a rack-and-pinion steering gear 53 and also has no clutch. In this exemplary embodiment, input shaft 45 , gear wheel 39 and pinion 13 are made in one piece or are connected to one another in a rotationally fixed manner. The input shaft 45 can be mechanically coupled to the steering column, also not shown, via a clutch, not shown, during operation of the fallback level. The pinion 13 is in engagement with a rack 43 . This design is much more compact and less expensive than a hydraulic power steering gear. Also in this embodiment, advantages of the invention are, as explained with reference to the embodiments according to FIGS. 1 and Fig. 2, fully achieved. It is therefore referred to what has been said above.
Wie bereits erwähnt, kann der erfindungsgemäße Aktuator auch als Lenkhandhabenaktuator eingesetzt werden. In diesem Fall wird die Lenksäule 3 von der Abtriebswelle angertieben oder ist sogar einstückig mit der Abtriebswelle ausgeführt. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarte Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.As already mentioned, the actuator according to the invention can also be used as a steering handle actuator. In this case, the steering column 3 is driven by the output shaft or is even made in one piece with the output shaft. All of the features disclosed in the drawing, their description and the patent claims can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.
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